斩波技术在自动控制系统中的应用

☆项目详细内容

斩波技术的实现：把一个被调量变化波形分为四个部分，分析上述自动控制同手动控制的区别，就可以认为第二区是多余的。如果自动控制时能判断被调量已经回头进入第二区时就加一个前馈，来抵消第二区的PID 输出作用，那么当曲线到第三区时，最低值就很接近平衡点。斩波技术就是如何判断被调量回头，以及如何设计一个合适的前馈去抵消第二区的PID 输出作用。

当被调量同前一刻的滞后值相减，形成a 曲线，如果又把a 曲线同前一刻的滞后值再相减形成b 曲线，从上图中就会发现当被调量进入第二区时，a 曲线同b 曲线均为负值，而其它情况均不会同时为负值，因此判断a<0 并且b<0 时，就可以判读出被调量已经在第二区。

当判断被调量进入第二区时，通过逻辑切换，该斩波前馈输出同PID 的输出叠加，综合作用后输出到执行机构。

使用斩波控制策略时，当一个较大扰动发生后快进入第二区时，由于斩波产生的前馈作用，使得第二区的输出迅速被预置到一个较合理的稳态值，当被调量到第三区时，最低点不会是普通的自动控制系统的最低点，因为由于第二区已经把PID 的输出叠加了预置值，由于无后劲作用，被调量到最低点时已经向稳定点回归，如果参数调整合适，被调量到第三区时就已经接近稳态值，被调量波形基本无规律而且波动很小。

☆主要技术创新

自动PID 控制系统在工业中大量应用，然而自动控制系统PID 有其缺点，就是当被调量在偏差达到最大值，逐渐返回向设定值逼近时，自动PID 根据偏差逐渐返回平衡点，即使参数整定合适，到下一个波形必然会波动，借鉴运行人员手动操作控制思路，能够解决此问题。本文设计了一个逻辑回路，当被调量达到偏差最大值时，及时给PID 的输出叠加一个前馈调节，该种控制策略为斩波，能使被调量很快达到稳定，即使原PID 参数不合适，在某一阶段曲线震荡甚至发散，通过采用斩波技术，能大范围适应工业控制系统快速稳定要求。

该技术创新点就是把人的控制思路加进自动控制范畴，很多技术人员都认为运行人员的控制思路很对，但是利用现有的PID 无法实现，该成果亮点就是把该控制思路通过简单、常用的DCS 模块用逻辑组态的方法用以实现，在自动控制方面应用前景十分广泛。

☆项目应用情况

大唐韩城第二发电厂1、2、3、4 号机组协调控制采用此种控制策略，调节品质优良。

在2012 年下半年陕西电科院组织的热工技术监督会推广，已经有几个电厂使用。

在2012 年全国自动化年会获二等奖并在大会上进行宣讲，目前已经有很多电厂进行投运，并不时有技术人员咨询某些具体参数调试方法。

☆企业效益情况

最近几年有采用斯密斯预估、状态观测器等先进算法用于协调控制，但由于理论太深，参数太多，有的还是黑匣子，一般普通工程技术人员很难掌握修改参数的方法，应用不是很普遍。目前很多电厂的协调控制品质不合格，特别是各大电网两个细则对各电厂AGC控制的要求越来越严，达不到控制指标的电厂被电网严重考核，越来越多的电厂只能采用上海东南大学的优化控制器、北京微创公司先进算法控制器、西安热工院先进算法产品等，每台机组至少都三四十万，而且必须厂家进行调试和维护，费用相当大。

该斩波控制策略没有使用先进的控制算法，不需要投入资金，仅采用DCS 系统常用的模块搭接而成，解决了困扰提高机组调节品质的技术难题，节省了大笔投资费用，在自动控制领域具有很大的推广价值。